L3スイッチとは｜ネットミリしら

L3スイッチとは

L3スイッチは、L2中継に加え、IPアドレスを基に異なるネットワーク間を経路制御できるスイッチです。L3はLayer 3（レイヤー・スリー／第3層）の略で、読み方はエルスリー・スイッチです。

同じVLAN内の通信はMACアドレスでL2転送し、異なるIPサブネットへ向かう通信は経路表を使って次の宛先を決めます。専用ハードウェアで多数ポート間のルーティングを高速に行える製品が多く、構内ネットワークの中心で使われます。

L3スイッチは「IPも見られるL2スイッチ」ではなく、L2の転送範囲をつなぐルーター機能を同じ装置内に持つものです。ただしインターネット境界向けのNATや高度なファイアウォールを必ず備えるわけではありません。

L3転送ではIPヘッダーを処理し、次のリンク用フレームを作り直す宛先端末のMACを最初から知っている必要はない

Ingress自分宛てMACで受信

端末は別サブネット宛てのフレームをデフォルトゲートウェイへ送る

Lookup宛先IPを経路表で検索

一致する候補のうち、最も長いプレフィックスを選ぶ

Route出口と次ホップを決定

直結先なら宛先端末、遠隔先なら次のルーターへ渡す

RewriteL2情報を付け替える

ARPまたはNDPで次ホップMACを得て、新しいフレームを作る

Egress寿命値を減らして送信

IPv4のTTLまたはIPv6のHop Limitを一つ減らし、検査して出口へ出す

図2IPv4ではヘッダーチェックサムも更新します。宛先IPは通常変えません。IPを書き換えるNATは別機能です。

SVI（Switched Virtual Interface／スイッチド・バーチャル・インターフェース）は、VLANへ割り当てる論理的なL3インターフェースです。たとえばVLANごとに別のサブネットとゲートウェイIPを設定し、SVI間でルーティングします。

一方のrouted port（ルーテッド・ポート）は、物理ポートをL2スイッチポートではなく直接L3インターフェースとして使います。上位ルーターとの点対点接続などに向きます。対応可否と設定名は機種で異なります。

インターフェースへIPプレフィックスを設定すると直結経路ができます。管理者が指定する静的経路、OSPFなどの動的ルーティング、行き先がないときに使うデフォルトルートを製品機能に応じて追加します。

検索ではプレフィックス長が最も長く一致する経路を優先します。経路がなければ破棄し、必要に応じてICMPで到達不能を通知します。VLANを作っただけでは経路はできず、SVIのIP、端末のゲートウェイ、転送許可をそろえる必要があります。

経路表が決めるのは出口インターフェースと次ホップIPです。実際のEthernet送信には次ホップのMACアドレスが必要なため、IPv4ではARP、IPv6ではNDPで対応を解決し、近隣表へ保存します。

このため「経路はあるがARP/NDPが解決しない」という障害があります。VLAN所属、相手の稼働、リンク、重複IP、IPv6の近隣探索フィルターを確認します。

多くのL3スイッチはACL（Access Control List／アクセス・コントロール・リスト）で送信元・宛先・プロトコル・ポート番号による許可・拒否ができます。しかし通信状態を追跡するステートフル検査、アプリ識別、脅威防御、NATは機種によって非対応または限定的です。

構内VLAN間を高速に結ぶ役割と、信頼できないインターネットとの境界を守る役割を分けて設計します。製品名に「L3」があっても、必要な経路数、IPv6、動的ルーティング、ACL、冗長化を仕様表で確認します。